DE4105295A1 - STOCK CATHODE - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorratskathode und insbesondere eine Hohlraumvorratskathode, die einen hochdichten Strahlstrom liefert und eine lange Lebensdauer hat.The invention relates to a supply cathode and in particular a cavity supply cathode that carries a high density beam current delivers and has a long lifespan.
Vorratskathoden können im allgemeinen in Hohlraumvorrats kathoden (Fig. 1), in imprägnierte Vorratskathoden (s. Fig. 2), in gesinterte Vorratskathoden usw. eingeteilt werden, wobei alle diese einen Strahlstrom hoher Dichte liefern und eine lange Lebensdauer haben.Storage cathodes can generally be divided into cavity storage cathodes ( Fig. 1), impregnated storage cathodes (see Fig. 2), sintered storage cathodes, etc., all of which deliver a beam current of high density and have a long service life.
Bei derartigen Vorratskathoden treten jedoch erhebliche Schwierigkeiten auf, wenn sie in Elektronenröhren wie beispiels weise Braunschen Röhren verwandt werden, da sie bei einer hohen Temperatur von 1100°C bis 1200°C arbeiten. Das heißt, daß diese Vorratskathoden eine Heizung mit großem Heizwert haben müssen, da eine große Menge an Wärmeenergie benötigt wird, um eine Thermoelektronenemission zu ermöglichen. Ihre Bauteile sollten daher aus Materialien bestehen, die sich unter dem Einfluß der Heizung thermisch verformen können. With such storage cathodes, however, considerable Difficulties when in electron tubes such as wise Braun tubes are used because they are at a high Working temperature from 1100 ° C to 1200 ° C. That is, this Supply cathodes must have a heater with a high calorific value, because a large amount of thermal energy is needed to make one To enable thermoelectron emission. Your components should therefore consist of materials that are under the influence of Can thermally deform heating.
Die benachbarten Bauteile der Kathode, beispielsweise der Halteteil für den Körper oder den Sockel der Kathode und die Bauteile der den Elektronenstrahl erzeugenden Elektronenstrahl quelle, wie beispielsweise das Steuergitter und das Schirmgit ter, sollten weiterhin aus einem hitzebeständigen Material bestehen.The adjacent components of the cathode, for example the Holding part for the body or the base of the cathode and the Components of the electron beam generating the electron beam source, such as the control grid and the screen grid ter, should continue to be made of a heat-resistant material consist.
Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, sind umfangreiche Untersuchungen und Entwicklungen vorgenommen worden.To overcome these difficulties are extensive Investigations and developments have been made.
In der US-PS 48 23 044 ist das in Fig. 1 dargestellte Beispiel beschrieben, bei dem ein poröser Metallgrundkörper 1a, der Elemente der Platingruppe Os, Ir, Re, Ru usw. sowie Wolfram enthält, auf der Oberfläche eines elektronenemittierenden Mate rials 2a angeordnet ist, das in einem Vorratsbehälter oder Vorratsraum 3a aufgenommen ist.In US-PS 48 23 044 the example shown in Fig. 1 is described in which a porous metal body 1 a, the elements of the platinum group contains Os, Ir, Re, Ru, etc. and tungsten, on the surface of an electron-emitting material 2 a is arranged, which is received in a storage container or storage room 3 a.
Die Arbeitstemperatur einer derartigen Vorratskathode liegt bei etwa 1000°C, d. h. bei einer Temperatur, die über der Tempe ratur einer Oxidkathode liegt, die bei etwa 750°C bis 800°C arbeitet, so daß die oben genannten Schwierigkeiten weiterhin bestehen.The working temperature of such a supply cathode is at about 1000 ° C, i.e. H. at a temperature above the tempe rature of an oxide cathode, which is at about 750 ° C to 800 ° C. works so that the above difficulties continue consist.
In der JP-OS 86-13 526 A ist weiterhin eine mit Sc imprä gnierte Kathöde beschrieben, die eine niedrige Arbeitstemperatur vön 800°C bis 900°C hat. Bei dieser imprägnierten Kathode, die in Fig. 2 dargestellt ist, ist eine dünne Schicht 1b, die haupt sächlich aus Wölfram und Scandium besteht, auf die Oberfläche des elektronenemittierenden Materials 2b geschichtet.JP-OS 86-13 526 A also describes a cathode impregnated with Sc, which has a low working temperature from 800 ° C to 900 ° C. In this impregnated cathode, which is shown in Fig. 2, a thin layer 1 b, which mainly consists of tungsten and scandium, is layered on the surface of the electron-emitting material 2 b.
Derartige imprägnierte Kathoden sind mit dem Problem eines nachteiligen Effektes verbunden, der durch eine Reaktion des Ba Oxids und des Sc Oxids hervorgerufen wird. Wenn ein Ba Oxid und ein Sc Oxid der thermoelektronenemittierenden Quelle miteinander reagieren, dann wird als Nebenprodukt Ba3Sc4O9 erzeugt und an der oberen Außenfläche des thermoelektronenemittierenden Materi al angesammelt. Das führt dazu, daß die Emissionscharakteristik für Thermoelektronen teilweise instabil wird. Weiterhin wird die Zeit, die zur Ausbildung einer einatömigen Schicht, die Ba-Sc-O enthält, über die elektronenemittierende Oberfläche benötigt wird, d. h. die Aktivierungsalterungszeit sehr lang, was eine niedrige Produktivität und örtliche Ungleichmäßigkeiten in den Thermoelektronenemissionscharakteristiken zur Folge hat.Such impregnated cathodes are associated with the problem of an adverse effect caused by a reaction of the Ba oxide and the Sc oxide. If a Ba oxide and a Sc oxide of the thermoelectron emitting source react with one another, then Ba 3 Sc 4 O 9 is produced as a by-product and accumulates on the upper outer surface of the thermoelectron emitting material. As a result, the emission characteristics for thermoelectrons become partially unstable. Furthermore, the time required to form a single atom layer containing Ba-Sc-O over the electron-emitting surface, that is, the activation aging time, becomes very long, resulting in low productivity and local unevenness in the thermoelectron emission characteristics.
Durch die Erfindung soll daher eine Vorratskathode geschaf fen werden, die einen Strahlstrom hoher Dichte auch bei einer niedrigen Temperatur liefert und die eine Elektronenemissions charakteristik hat, die für ein langes Zeitintervall stabil bleibt.The invention is therefore intended to create a supply cathode that have a high density beam current even at a low temperature and which gives an electron emission has characteristics that are stable for a long time interval remains.
Durch die Erfindung soll insbesondere eine Vorratskathode geschaffen werden, bei der die Aktivierungsalterungszeit stark verkürzt ist und die daher mit einer höheren Produktivität verbunden ist.A storage cathode is intended in particular by the invention be created in which the activation aging time is strong is shortened and therefore with higher productivity connected is.
Dazu umfaßt die erfindungsgemäße Vorratskathode ein elek tronenemittierendes Material, das wenigstens ein Material ein schließt, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Ba und Ba Oxid besteht, und einen porösen Metallgrundkörper, der Diffusions hohlräume enthält und auf dem elektronenemittierenden Material angeordnet ist, wöbei eine Sc Quelle unter dem porösen Metall grundkörper angeordnet ist und Sc2W3O12 oder Sc6WO12 als Materi al für die Sc Quelle verwandt wird oder das Material selbst in das elektronenemittierende Material imprägniert ist.For this purpose, the supply cathode according to the invention comprises an electron-emitting material, which includes at least one material selected from the group consisting of Ba and Ba oxide, and a porous metal base body which contains diffusion cavities and is arranged on the electron-emitting material, while a Sc source is arranged under the porous metal base body and Sc 2 W 3 O 12 or Sc 6 WO 12 is used as material for the Sc source or the material itself is impregnated into the electron-emitting material.
Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigenThe following is based on the associated drawing particularly preferred embodiment of the invention closer described. Show it
Fig. 1 eine Schnittansicht einer herkömmlichen Hohlraumvor ratskathode, Fig. 1 is a sectional view of a conventional Hohlraumvor rats cathode,
Fig. 2 eine Schnittansicht einer herkömmlichen mit Sc imprägnierten Kathode und Fig. 2 is a sectional view of a conventional Sc impregnated with Sc and
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Hohlraumvorratskathode. Fig. 3 is a sectional view of an embodiment of the cavity supply cathode according to the invention.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hohlraumvorratskathode dargestellt, die einen becherförmigen Vorratsbehälter 3c, ein elektronenemittierendes Material 2c, das im Vorratsbehälter aufgenommen ist, einen porösen Metallgrund körper 1c, der am oberen Teil des elektronenemittierenden Mate rials 2c angeordnet ist, und eine Hülse 4c umfaßt, die den Vorratsbehälter 3c hält und festlegt und eine Heizung 5c auf nimmt.In Fig. 3, an embodiment of the cavity cathode according to the invention is shown, the cup-shaped storage container 3 c, an electron-emitting material 2 c, which is accommodated in the storage container, a porous metal base body 1 c, which is arranged on the upper part of the electron-emitting material rial 2 c , And includes a sleeve 4 c that holds the reservoir 3 c and sets and a heater 5 c on.
Der Vorratsbehälter 3c und die Hülse 4c bestehen aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt, wie beispielsweise Mo, Ta usw. und das elektronenemittierende Material 2c besteht hauptsächlich aus Barium Kalzium-Aluminat und enthält Sc2W3O12 (Sc2W4O12) und/oder Sc6WO12 in einer geeigneten Menge.The storage container 3 c and the sleeve 4 c consist of a metal with a high melting point, such as Mo, Ta etc. and the electron-emitting material 2 c consists mainly of barium calcium aluminate and contains Sc 2 W 3 O 12 (Sc 2 W 4 O 12 ) and / or Sc 6 WO 12 in a suitable amount.
Der poröse Metallgrundkörper 1c ist dadurch gebildet, daß ein hitzebeständiges Metallpulver, beispielsweise ein Wolfram- Pulver gesintert ist, wobei ggfs. der Körper selektiv Elemente der Platingruppe Ir, Os, Ru, Re usw. enthalten kann.The porous metal base body 1 c is formed by sintering a heat-resistant metal powder, for example a tungsten powder, the body optionally being able to contain elements of the platinum group Ir, Os, Ru, Re etc.
Das elektronenemittierende Material 2c kann nach dem fol genden Verfahren gebildet werden.The electron-emitting material 2 c can be formed by the fol lowing process.
BaCO3, CaCO3 und Al2O3 werden mit einem molaren Verhältnis von 4 : 1 : 1 oder 5 : 3 : 2 gemischt und bei einer Temperatur von 1200°C bis 1400°C 8 Stunden lang gebrannt.BaCO 3 , CaCO 3 and Al 2 O 3 are mixed with a molar ratio of 4: 1: 1 or 5: 3: 2 and baked at a temperature of 1200 ° C to 1400 ° C for 8 hours.
Nach dem Brennen wird der gebrannte Körper des Barium- Kalzium-Aluminats in einem Gewichtsverhältnis von 20 bis 50% mit Wolfram-Pulver gemischt.After burning, the burned body of the barium Calcium aluminate in a weight ratio of 20 to 50% mixed with tungsten powder.
W- und Sc2O3 werden in einem geeigneten Verhältnis gemischt und dann in einer oxidierenden Atmosphäre gebrannt, wodurch Sc2W3O12 oder ein Gemisch daraus gebildet wird.W and Sc 2 O 3 are mixed in an appropriate ratio and then fired in an oxidizing atmosphere, thereby forming Sc 2 W 3 O 12 or a mixture thereof.
Das Gemisch aus Barium-Kalzium-Aluminat und Wolfram-Pulver wird dann mit dem Sc2W3O12- und/oder Sc6WO12-Pulver in einem Gewichtsverhältnis von 2 bis 30 Gew.-% gemischt.The mixture of barium calcium aluminate and tungsten powder is then mixed with the Sc 2 W 3 O 12 and / or Sc 6 WO 12 powder in a weight ratio of 2 to 30% by weight.
Das endgültige Metallpulvergemisch, das über die obigen Verfahrensschritte erhalten wurde, wird in den Vorratsbehälter 3c eingebracht und dann mit einem Preßwerkzeug preßgeformt, wodurch das elektronenemittierende Material 2c im Vorratsbehäl ter 3c gebildet wird.The final metal powder mixture, which was obtained via the above process steps, is introduced into the storage container 3 c and then press-molded with a pressing tool, whereby the electron-emitting material 2 c is formed in the storage container 3 c.
Der poröse Metallgrundkörper 1c wird durch Preßformen und Sintern eines Wolfram-Pulvers mit einem üblichen Teilchendurch messer von 5 µm gebildet und dann am Vorratsbehälter 3c durch Punktschweißen angebracht. Er kann Elemente der Platingruppe Ir, Os usw. enthalten.The porous metal body 1 c is formed by compression molding and sintering a tungsten powder with a usual particle diameter of 5 microns and then attached to the reservoir 3 c by spot welding. It can contain elements of the platinum group Ir, Os, etc.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel der erfindungs gemäßen Hohlraumvorratskathode weist somit eine elektronenerzeu gende einatomige Ba-Sc-O-Schicht auf, die eine niedrigere Aus trittsarbeit als die Sc Quelle im Boden des porösen Metallgrund körpers hat. Aufgrund dieser Ausbildung werden Nebenprodukte, die aus einer Reaktion der Sc Oxide und der Ba Oxide erhalten werden, daran gehindert, auf der elektronenemittierenden Metall oberfläche gebildet zu werden, was im einzelnen im folgenden beschrieben wird.The embodiment of the invention described above The cavity cathode according to the invention thus has an electron generator monatomic Ba-Sc-O layer that has a lower out footwork as the Sc source in the bottom of the porous metal base body has. Because of this training, by-products, obtained from a reaction of the Sc oxides and the Ba oxides are prevented from doing so on the electron emitting metal surface to be formed, which is detailed below is described.
Wenn das elektronenemittierende Material durch die Heizung erhitzt wird, liefert die Reaktion des Scandiumwolframats und des Bariums am porösen Metallgrundkörper Scandium Sc nach der folgenden Reaktionsgleichung:When the electron emitting material through the heater is heated, the reaction of the scandium tungstate and of the barium on the porous metal body Scandium Sc after the following reaction equation:
Sc2W3O12+3Ba=3BaWO4+2Sc.Sc 2 W 3 O 12 + 3Ba = 3BaWO 4 + 2Sc.
Sc wird daher mit dem Diffundieren von Ba durch die Hohl raume des porösen Metallgrundkörpers diffundiert, und es wird eine einatomige Schicht, die Ba-Sc-O enthält, auf der Oberfläche des porösen Metallgrundkörpers gebildet. Die Nebenprodukte der Reaktion von Ba Oxid und Sc Oxid, die während dieses Prozesses gebildet werden, werden am unteren Teil des porösen Metallgrund körpers erzeugt, erreichen jedoch nicht die Oberfläche des porösen Metallgrundkörpers. Das hat zur Folge, daß eine ein atomige Schicht mit gleichmäßiger Struktur auf der Oberfläche des porösen Metallgrundkörpers gebildet werden kann, was die Thermoelektronenemission für ein längeres Zeitintervall stabil macht. Sc becomes therefore with the diffusion of Ba through the hollow spaces of the porous metal body diffuses, and it becomes a monatomic layer containing Ba-Sc-O on the surface of the porous metal body. The by - products of Reaction of Ba Oxid and Sc Oxid that occur during this process are formed on the lower part of the porous metal base body generated, but do not reach the surface of the porous metal body. The result is that a atomic layer with a uniform structure on the surface of the porous metal base body can be formed, which the Thermoelectron emission stable for a longer time interval makes.
Die Aktivierungsalterungszeit der Vorratskathode gemäß der Erfindung liegt bei etwa 2 Stunden, was bedeutet, daß die zum Altern benötigte Zeit verglichen mit der herkömmlichen Sc Katho de wesentlich verkürzt ist, bei der die Alterungszeit zum Akti vieren 10 Stunden beträgt.The activation aging time of the supply cathode according to the Invention is about 2 hours, which means that for Aging took time compared to the conventional Sc Katho de is significantly reduced, in which the aging time to the share four is 10 hours.
Bei einer herkömmlichen mit Sc imprägnierten Kathode wird eine dünne Filmschicht, die W und Sc2O3 enthält, auf der Ober fläche des Kathodenmaterials gebildet, so daß die Wärmeübertra gung erschwert ist, was die Erzeugung von Scandiumwolframat verzögert. Bei der erfindungsgemäßen Vorratskathode kann ande rerseits schnell verdampftes Sc erzeugt werden, da das Scandi umwolframat in dem oberen Teil des elektronenemittierenden Materials enthalten oder auf diesem Teil angeordnet ist.In a conventional Sc impregnated cathode, a thin film layer containing W and Sc 2 O 3 is formed on the upper surface of the cathode material, so that the heat transfer is difficult, which delays the generation of scandium tungstate. In the supply cathode according to the invention, on the other hand, quickly evaporated Sc can be generated, since the scandi umwolframat contained in the upper part of the electron-emitting material or is arranged on this part.
Weiterhin ist die Sc Quelle nicht an der Oberfläche des porösen Metallgrundkörpers angeordnet, die einem starken Ionen beschuß ausgesetzt ist, sondern befindet sich diese Quelle am unteren Teil, so daß Sc Verluste durch den Ionenbeschuß nicht auftreten, was eine stabile Emission von Thermoelektronen zur Folge hat.Furthermore, the Sc source is not on the surface of the porous metal base body arranged that a strong ion is exposed to fire, but this source is on lower part, so that Sc losses are not due to ion bombardment occur, resulting in a stable emission of thermoelectrons Consequence.
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| Publication number | Publication date |
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| KR910010576A (en) | 1991-06-29 |
| GB2238653A (en) | 1991-06-05 |
| KR920001333B1 (en) | 1992-02-10 |
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